Prototipos: Modelos físicos y virtuales para el diseño y desarrollo de productos

Se entiende por PROTOTIPO un modelo físico o virtual de una pieza, subconjunto, mecanismo, producto de las interfaces; realizado con el propósito de suministrar apoyo informacional en las fases del diseño y desarrollo del producto, validar o experimentar sobre alguno de sus requerimientos funcionales o de características del mismo.

PROTOTIPO RÁPIDO ofrece para acortar el ciclo de diseño y desarrollo del producto, contribuyendo decisivamente a la estrategia competitiva de time to market y a dar apoyo informacional a lo largo del proceso de diseño y desarrollo.

PROTOTIPOS CAD (Virtuales) tridimensionales, a partir de los cuales se realizan los prototipos físicos rápidos, las simulaciones y análisis.

SIMULACIONES CAE a partir de los modelos CAD 3D para dimensionar y validar un predimensionado, o bien realizar el dimensionado de elementos bajo condiciones de carga.

Características o requerimientos funcionales: ESTÉTICAS: permiten evaluar sobre los modelos físicos distintos atributos estéticos como son formas, volumen, proporciones, textura e incluso color.

DIMENSIONALES: Permite hacer comprobaciones dimensionales, de interferencias, encajes, verificaciones de volúmenes inferiores, en el movimiento de un mecanismo y de sus tolerancias.

FUNCIONALES: Comprobar que un mecanismo realiza los desplazamientos previstos, verificar la fiabilidad del montaje y de las tolerancias del producto.

EXPERIMENTALES: Evaluar la integridad de las características funcionales, ante determinadas condiciones de contorno que presentan su entorno de trabajo simuladas mediante ensayos de envejecimiento, climático o solicitaciones de tipo mecánico, eléctrico, químico, que se aplican sobre prototipos físicos y/o virtuales que dependiendo de los materiales y del tipo de problema se someten a análisis térmico, tensionales, en túnel de vientos, etc.

Las utilidades que aportan los resultados de estos análisis en los prototipos rápidos están: | REDUCIR el tiempo de diseño y desarrollo | REDUCIR el coste de diseño y desarrollo, bien por reducir el tiempo o el número de personas en cada fase de diseño y desarrollo | VERSATILIDAD de la generación: Consiguiendo variedad de forma, materiales, colores, etc. | FIABILIDAD tanto en dimensiones como en características obtenidas en el producto.

USABILIDAD: Es la efectividad, eficiencia y satisfacción con la cual un usuario específico logra un determinado objetivo, en un ambiente particular.

Materiales usados para la realización del prototipo LIQUIDOS: Suelen ser resinas polimerizantes, termoplásticos fundidos proyectados.

SOLIDOS: en forma de láminas muy finas, papel, plástico, etc., que pueden ser autoadhesivas o soldadas por polimerización.

POLVO: este puede ser metálico, plástico, carbón, etc., se suelen usar en procesos de síntesis, fusión o aglomerado con cola o resina.

MODELO: es una representación en algún lenguaje descriptivo, textual, analógico, icónico, materico, de alguna o varias propiedades de un producto.

SIMULACION: es un análisis del comportamiento del modelo bajo unas condiciones de contorno, con el fin de hacer previsiones de forma o función de un producto.

MAQUETAS: Son representaciones físicas tridimensionales de las propiedades estructurales, formales, estéticas, con materiales de fácil trabajo a escala, y se realizan en las primeras fases de diseño y desarrollo. Reciben también el nombre de modelos estéticos o maquetas.

PROTOTIPOS: Son representaciones o modelos físicos tridimensionales de algunas o todas de las propiedades del producto, que suelen recoger toda o parte de la información existente en un estado de diseño, pudiendo llegar a ser a escala 1:1 y con materiales reales o no.

PROTOTIPOS FISICOS CONCEPTUALES: estos prototipos son de consistencia frágil, bajo el concepto de tro de papel para esbozo 3D, que se arruga y tira una vez cumplida su función, obtenidos en fax o impresora 3D en ambiente de oficina, los materiales para su realización son polímeros atóxicos.

PROTOTIPOS FISICOS FUNCIONALES: son los que permiten realizar los correspondientes montajes de las piezas o elementos con todos sus componentes, así como la comprobación, o de otras propiedades tecnológicas.

PROTOTIPOS ERGONÓMICOS: estos pueden ser físicos, virtuales de CAD y sirven para validar la adaptación del producto al usuario. Su escala suele ser 1:1 en otras ocasiones como son modelos virtuales pueden soportar animaciones.

PROTOTIPOS VIRTUALES: estos son modelos digitales realizados mediante paquetes de software, los cuales posibilitan integrar aspectos multimedia, que permiten evaluar no solo la relación física entre el usuario y producto de los modelos ergonómicos sino también los factores cognitivos relacionados con las demandas cognitivas de las interfaces.

CAPACIDAD DE APRENDIZAJE: el tiempo y el esfuerzo requerido para que un usuario alcance un determinado nivel de ejecución en un sistema dado.

RENDIMIENTO: La velocidad en la ejecución de las tareas, el número y tipos de errores cometidos por el usuario en su realización.

SATISFACCIÓN: Medida del confort, la aceptabilidad y la actitud positiva generada por el servicio/sistema en las personas afectadas por su uso.

FLEXIBILIDAD: La capacidad del sistema de poder trabajar con diferentes métodos en función del nivel de experiencia del usuario.

EFECTIVIDAD: el grado de exactitud con que el sistema completa las tareas para las que está diseñado.

EFICIENCIA: Hace referencia al número de pasos que el usuario debe llevar a cabo para completar las tareas.

ESPECIFICACIÓN DEL PRODUCTO: en la que se deben recoger las experiencias anteriores, se elabora un pliego de especificaciones funcionales y se realiza un análisis de capacidades y recursos.

DISEÑO PRELIMINAR O INGENIERÍA BÁSICA: Bocetos, diseño formal, estético y ergonómico, pudiendo realizarse modelos de CAD preliminares. Primeros prototipos virtuales CAD y multimedia. Cálculos previos y análisis CAE. Primeros prototipos conceptuales físicos. Análisis y evaluación de las distintas soluciones. Estudio y preingeniería del sistema de fabricación.

DISEÑO DE DETALLE: se tiene como objetivo realizar el diseño detallado del producto y del proceso de fabricación. Modelado, Cálculo, Análisis CAE y simulación. Realización de planos de detalle y conjunto.

TÉCNICAS DE PRIMERA FASE: En esta se obtiene una pieza semejante a la que se diseña de modo directo.

TÉCNICAS DE SEGUNDA FASE: Consiste en la obtención de piezas en materiales reales en base a un molde obtenido partiendo de una pieza maestra. La pieza maestra se fabrica por cualquiera de las técnicas de primera fase.

ESTEREOLITOGRAFÍA: Resinas, Buen acabado superficial precisión conseguida y sencillez del equipo que no requiere de personal especializado. Patrones para construcción de moldes.

SINTETIZADO SELECTIVO POR LÁSER: cera de fundición Policarbonato poliamida fina PVC ABS y en desarrollo cerámicas y metales. No es necesario el poscurado. Desv. tiempo de enfriado y calentamiento porosidad en la pieza fabricación en atmósfera inerte.

TÉCNICAS DE SEGUNDA FASE: estas técnicas están orientadas a la creación de moldes para la obtención de preseries en materiales definitivos y originales.

TÉCNICAS DE VACÍO: El proceso se inicia obteniendo una pieza por cualquiera de las técnicas de primera fase, a partir de la que se prepara un molde de silicona. Se parte el molde de silicona, que se llena de resinas de poliestireno en cámara de vacío, esta técnica presenta la ventaja de poder obtener numerosas piezas en el mismo molde